Vliegwiel hol van binnen?

[Sven]

Ik heb een natuurkundig (?) vraagje over vliegwielen. Ik zie soms dat vliegwielen uitgehold zijn in de binnenkant. Nu vraag ik me altijd al af of dat uitmaakt in het effect dat ze geven. Omdat er dan minder gewicht in de binnenkant zit dan aan de buitenkant, is het effect dan groter dan als het vliegwiel massief is? Ik twijfel, want het vliegwiel is dan wel weer lichter. Ik begrijp dat een eventueel verschil minder uitmaakt bij een kleiner vliegwiel, maar ik ben benieuwd of er überhaupt een verschil is.

Maakt het dus uit?

[Bert van Gelder]

Hoi

Is inderdaad een natuurkundige vraag.
Om het eenvoudig te houden: de effectiviteit is een functie van zowel massa als (hoek-)snelheid. Maar niet beide even groot!
Het is maar de helft van de massa die effectief is, maar een kwadraat van de snelheid.
Dus als je de massa 3x zo groot maakt, neemt het effect maar met 1,5 toe.
Als je de snelheid 3x zo groot maakt, wordt het effect 9x zo groot.

Daarom zou een vliegwiel een zo groot mogelijke radius moeten hebben, want daar is de hoeksnelheid het grootst.
En de massa in het midden, tja, die telt eigenlijk nouwelijks mee.

Helpt dit?

Gr, Bert

[Klaas Zondervan]

Het maakt inderdaad uit, maar veel minder dan je op het eerste gezicht zou denken.

Bij een vliegwiel gaat het om de energie die in de draaiende massa is opgeslagen. Dat effect verloopt kwadratisch met de diameter. Een bepaalde hoeveelheid massa aan de buitenrand heeft 4 keer zo veel energie als een gelijke hoeveelheid massa die halverwege tussen de as en de buitenrand zit. Je kan dus het materiaal tot de helft van de diameter weghalen zonder dat dat veel effect heeft op de vliegwielwerking.

Je kan dat ook zien bij de vliegwielen op oude stoommachines. Die bestaan vaak uit spaken met een dikke rand. Vooral als er ruimte genoeg is kan je een vliegwiel een grote diameter geven. Die buitenrand heeft dan meer effect dan wanneer je een massief vliegwiel met de halve diameter zo nemen.

[72sonett]

Ja, het maakt uit.
De grootste massa moet zover mogelijk van het midden af zitten, het (oppervlakte)traagheidsmoment wordt groter met de 3e macht van de afstand.

[Sven]

Bedankt voor de snelle reacties. Het is mij niet helemaal duidelijk of de vraag goed geïnterpreteerd is. Ik begrijp nu dat de massa in de binnenzijde niet uitmaakt, het gaat om de massa die aan de buitenzijde zit. Als dus, laten we de stoommachine als voorbeeld gebruiken, ipv spaken het hele wiel massief gegoten gietijzer zou zijn, draait het wiel zo niet veel korter uit. Als dat zo is, is het antwoord dus dat het niet (veel) uit maakt, toch?

[Floris Dilz]

inderdaad. Voordeel van een uitgehold wiel of spaakvliegwiel is dat t lichter is, dus beter voor de lagers. Maakt bij een modelletje niet veel uit maar bij zo'n groot stoommachinevliegwiel scheelt t wel degelijk natuurlijk.

[Jack Black (NS1220)]

Als men met een bepaalde hoeveelheid materiaal een groot traagheidsmoment wil bereiken dan moet de massa vooral in de rand zitten.
http://nl.wikipedia.org/wiki/Traagheidsmoment

Een munt rolt ook sneller van een heuvel af dan een ring van dezelfde grootte.
Waarom? De ring slaat onderweg meer rotatieenergie op 

[VictorPM]

Een massief vliegwiel heeft voor het vliegwieleffect inderdaad niet zoveel zin... maar natuurlijk wel voor het totaalgewicht van de loc. Meer gewicht = meer tractie 

[Sven]

Een munt rolt ook sneller van een heuvel af dan een ring van dezelfde grootte.
Waarom? De ring slaat onderweg meer rotatieenergie op 

Lijkt me dat in dit voorbeeld de zwaartekracht vooral meespeelt.

[Eric B]

Mij ook, samen met de grotere massa van de munt t.o.v. de ring

Voordeel van het eerdergenoemde effect is, dat je als je in de lengte meer beperkt bent dan in de breedte/hoogte, je het uitgeholde vliegwiel voor een deel om je motor heen kunt bouwen en daardoor meer massa in het buitenste segment daarvan kunt "onderbrengen".

[Sven]

Ook leuk idee.

[Jack Black (NS1220)]

...grotere massa van de munt t.o.v. de ring...

De ring kun je zo breed maken dat hij dezelfde massa heeft maar ook dat speelt geen rol.

...je het uitgeholde vliegwiel voor een deel om je motor heen kunt bouwen...

Of je laat de hele motor als vliegwiel draaien zoals de oude Gnome-Rhône vliegtuig(ster)motoren 

Maar wij dwalen af, ik denk dat het vraagstuk nu wel duidelijk is.

[Sven]

Nee, daar kun je nu niet meer mee komen. 

dan een ring van dezelfde grootte.

_{(Edit: De context van deze bijdrage is nu onduidelijk, daar NS1220 zijn bovenstaande bericht veranderd heeft.)}

[Jack Black (NS1220)]

Was een vraagstuk bij een natuurkundecollege.
We moesten ook van de raarste vormen het traagheidsmoment kunnen berekenen 

[Eric B]

Ik moest even diep en ver terug in geheugen en tijd, maar NS1200 heeft volkomen gelijk, de massatraagheid van de ring is (veel) groter dan die van de schijf dus de ring komt langzamer op snelheid. (bij gelijke diameter en massa).

YouTube.